Os pesquisadores desenvolveram um novo endoscópio autocalibrável que produz imagens 3-D de objetos menores do que uma única célula. Sem uma lente ou qualquer ótica, componentes elétricos ou mecânicos, a ponta do endoscópio mede apenas 200 mícrons de diâmetro, mais ou menos a largura de alguns fios de cabelo humanos trançados juntos.

Como uma ferramenta minimamente invasiva para recursos de imagem dentro de tecidos vivos, o endoscópio extremamente fino pode permitir uma variedade de aplicações médicas e de pesquisa. A pesquisa será apresentada na conferência Frontiers in Optics + Laser Science (FIO + LS), realizada de 15 a 19 de setembro em Washington, D.C., EUA.

De acordo com Juergen W. Czarske, Diretor e Professor C4 da TU Dresden, Alemanha e principal autor do artigo:"O endoscópio de fibra sem lente tem aproximadamente o tamanho de uma agulha, permitindo que ele tenha acesso minimamente invasivo e imagens de alto contraste, bem como estimulação com uma calibração robusta contra dobra ou torção da fibra. "O endoscópio provavelmente será especialmente útil para optogenética - abordagens de pesquisa que usam luz para estimular a atividade celular. Também pode ser útil para monitorar células e tecidos durante procedimentos médicos, bem como para inspeções técnicas.

Um sistema de autocalibração

Endoscópios convencionais usam câmeras e luzes para capturar imagens dentro do corpo. Nos últimos anos, os pesquisadores desenvolveram formas alternativas de capturar imagens por meio de fibras ópticas, eliminando a necessidade de câmeras e outros componentes volumosos, permitindo endoscópios significativamente mais finos. Apesar de sua promessa, Contudo, essas tecnologias sofrem de limitações, como a incapacidade de tolerar flutuações de temperatura ou flexão e torção da fibra.

Um grande obstáculo para tornar essas tecnologias práticas é que elas exigem processos de calibração complicados, em muitos casos, enquanto a fibra está coletando imagens. Para endereçar isto, os pesquisadores adicionaram uma placa de vidro fina, apenas 150 mícrons de espessura, até a ponta de um feixe de fibra coerente, um tipo de fibra óptica comumente usada em aplicações de endoscopia. O feixe de fibra coerente usado no experimento tinha cerca de 350 mícrons de largura e consistia em 10, 000 núcleos.

Quando o núcleo central da fibra é iluminado, ele emite um feixe que é refletido de volta para o feixe de fibra e serve como uma estrela guia virtual para medir como a luz está sendo transmitida, conhecida como função de transferência óptica. A função de transferência óptica fornece dados cruciais que o sistema usa para se calibrar em tempo real.

Mantendo a visão em foco

Um componente-chave da nova configuração é um modulador de luz espacial, que é usado para manipular a direção da luz e permitir o foco remoto. O modulador de luz espacial compensa a função de transferência óptica e imagens para o feixe de fibra. A luz refletida de volta do feixe de fibra é capturada na câmera e sobreposta a uma onda de referência para medir a fase da luz.

A posição da estrela guia virtual determina o foco do instrumento, com um diâmetro de foco mínimo de aproximadamente um mícron. Os pesquisadores usaram uma lente adaptativa e um espelho galvômetro 2-D para mudar o foco e permitir a varredura em diferentes profundidades.

Demonstrando imagens 3-D

A equipe testou seu dispositivo usando-o para obter imagens de um espécime 3-D sob uma lamínula de 140 mícrons de espessura. Digitalizar o plano da imagem em 13 etapas ao longo de 400 mícrons com uma taxa de imagem de 4 ciclos por segundo, o dispositivo obteve imagens de partículas com sucesso na parte superior e inferior da amostra 3-D. Contudo, seu foco se deteriorou conforme o ângulo do espelho do galvômetro aumentava. Os pesquisadores sugerem que trabalhos futuros podem resolver essa limitação. Além disso, usar um scanner galvômetro com uma taxa de quadros mais alta pode permitir uma aquisição de imagem mais rápida.

"A nova abordagem permite calibração em tempo real e imagens com invasão mínima, importante para imagens 3-D in-situ, manipulação de células mecânicas baseadas em lab-on-a-chip, optogenética in vivo de tecido profundo, e inspeções técnicas de buraco de fechadura, "disse Czarske.